石家庄铁道大学 河北石家庄 050043
摘要：计算机联锁系统作为保障行车安全的重要设备，在铁路系统现代化的进程中迎来了广阔的发展前景。计算机联锁系统以计算机技术为核心，整体采用冗余结构、通信连接、控制系统等技术，是一种具备安全性高、可靠性强的实时控制系统。根据计算机联锁软件的复杂逻辑、可移植性差等特点，本文在采用结构化语言、模块化思想的基础上，通过分析计算机联锁逻辑模块的功能需求，设计符合规范的软件编写流程。
关键词：铁路信号、计算机联锁、软件设计
Abstract: As an important equipment to ensure the safety of driving, the computer interlocking system has ushered in a broad development prospect in the process of modernization of the railway system. The computer interlocking system takes computer technology as the core and adopts technologies such as redundant structure, communication connection and control system. It is a real-time control system with high security and high reliability. According to the complex logic of computer interlocking software and poor portability, this paper analyzes the functional requirements of computer interlocking logic modules based on structured language and modular ideas, and designs a software writing process that conforms to the specification.
Keywords: railway signal, computer interlock, software design
1、引言
在铁路领域，信号机、道岔、轨道区段和进路之间联锁关系是构成计算机联锁系统的重要依据[1]。国内的计算机联锁的发展先后经历了机械控制联锁、6502电气集中联锁、计算机联锁等阶段，其中计算机联锁因为其具有较高的安全性、可靠性、智能化高、维修量小等优点，在各个车站得已大力推广使用[2]。
2、计算机联锁系统的结构
计算机联锁系统在研发的过程中有不同的软件构成和分析方法，但其整体结构都包含四个层次，即人机交互层、联锁运算层、输入输出层和室外设备层。人机对话层的功能是向联锁机传递指令，并接收由状态机传来的行车信息；联锁运算层的功能是对人机交互层传递的指令进行逻辑判断和并形成控制命令传递给输入输出层；输入输出层的功能是执行控制命令，控制室外设备动作；室外设备层的功能是各信号设备根据控制命令完成相应的动作。计算机联锁控制系统层次结构图如图1所示。
图1 计算机联锁控制系统层次结构图
3、联锁逻辑运算模块
3.1联锁逻辑运算模块功能需求分析
联锁逻辑模块作为联锁软件的核心内容，位于联锁运算层中，通过调用程序对操作指令进行逻辑逻辑判断。联锁逻辑运算主要包括四个模块：建立进路模块、进路解锁模块、特殊进路的办理与解锁模块、特殊功能操作模块[3]。
（1）建立进路模块
进路建立的步骤共分为选择进路、排列进路、锁闭进路、开放信号四个阶段。根据操作人员顺序按下的按钮，进行进路搜索，对信号机、道岔、轨道区段等设备进行联锁条件检查并完成道岔转换、锁闭进路、点亮白光带、开放信号等操作。
（2）进路解锁模块
进路解锁是对已经锁闭的进路进行解锁的过程，包括对道岔、轨道区段等信号设备的锁闭状态的解除。根据解锁条件，其解锁方式有正常解锁、调车中途返回解锁、人工解锁、取消进路和区段故障解锁，其中前两种属于自动解锁，后三种属于人工解锁。在进路进行自动解锁时，通常采用“三点检查法”对轨道区段进行解锁。
（3）特殊进路的办理和解锁模块
在办理进路时，因防护信号机或轨道区段等信号设备出现故障，导致联锁检查失败，进路无法建立，此时可进行办理引导接车进路。根据信号设备故障类型的不同，办理引导进路共分为两种方式，一种是利用引导按钮办理引导进路锁闭，另一种是利用引导总锁闭按钮办理引导总锁闭。
（4）特殊功能操作模块
不同类型的功能按钮执行不同的功能，常见的特殊功能有上电解锁、道岔总定位、道岔总反位、道岔单锁、道岔单解、道岔岔封、道岔岔解、区段故障、区段故障解除、信号机故障、信号机故障解除、显示设备名称等。
3.2联锁逻辑运算模块软件实现分析
计算机联锁软件要完成以上功能，必须使用大量实质性数据对其结构框架进行填充，需要用到的数据主要包括：计算机联锁表、站场数据结构、各信号设备节点数据、室外信号设备的状态信息和按钮操作信息。其中前三种数据为站场初始化时需读入的静态数据，第四种数据是通过采集室外设备获取，第五种数据是当前操作依次按下的按钮[4]。
联锁逻辑运算模块根据按钮操作信息或者特殊功能按钮命令，从计算机联锁表或者数据结构搜索出符合操作的进路，进行道岔的转换、选排一致性检查、联锁检查等操作。若这些条件都满足，则说明当前进路能够建立，然后根据联锁表将进路锁闭、点亮白光带，开放相应的信号。在进路建立之后，应持续对当前进路的联锁条件进行检查，一旦联锁条件不满足，则应立即关闭信号。在进路进行自动解锁时，信号机应等到列车车列的车头或调车车列的车尾越过信号机时再进行关闭。
3.3联锁逻辑运算模块设计流程
联锁逻辑运算模块在设计过程中要保障安全、可靠的同时，还应做到结构尽可能简单、程序代码尽可能简洁。联锁逻辑运算模块采用循环处理的方式，联锁软件每完成一次调用，联锁周期执行一次。每个联锁周期在执行前都要对操作合理性进行判断，然后调用相应的处理模块进行逻辑运算，并生成相应的进路信息，改变进路的状态，最后对操作界面进行更新。
联锁运算模块根据按压按钮的类型的不同，判断执行进路处理模块还是功能处理模块。在功能处理模块中，对当前的信号机、道岔和轨道区段进行相应状态的转换和处理，并对当前操作进行记录。在进路处理模块中，主要对每条进路和信号设备的状态进行管理，通过依次调用相应的处理模块，改变进路状态，生成并记录相应的进路信息，完成相应的指令。例如，在进行选择进路时，根据顺序按压的按钮的类型判断是否进入进路处理模块，根据按压的始端和终端按钮判断操作是否合理、能否选出当前进路，并对当前选出的进路进行记录。
4、结论
采用C++的程序设计，利用面向对象的思想，分析各类对象之间的关系，设计出各类处理函数，完成对站场界面的初始化设计。通过在处理函数中构建数据结构，使联锁软件便于读取静态数据，还能将数据进行封装和再次利用，使用起来比较方便。当站场进行改造升级时，不需要大量修改站场软件，仅需增加增加静态数据即可，具有较强的移植性。采用结构化、模块化的设计思路编写计算机联锁软件，将对铁路信号计算机联锁软件技术的发展产生深远影响。
参考文献：
[1] 刘朝英，林瑜筠. 铁路信号概论[M]. 北京：中国铁道出版社， 2011.
[2] 杨扬. 车站信号控制系统[M].成都：西南交通大学出版社，2012.
[3] 张照亮. 铁路信号计算机联锁系统的设计与实现[D]. 武汉：武汉理工大学,2011.
[4] 马学霞,王文波.铁路车站计算机联锁软件研究与设计[J].高速铁路技术,2015,6(06):45-48.
作者简介：
张雨（1993-），男，硕士研究生，主要从事计算机测控技术
项目支持：石家庄铁道大学研究生创新项目 YC2018095
论文作者:张雨,王晓
论文发表刊物:《防护工程》2019年10期
论文发表时间:2019/8/20
标签：进路论文; 联锁论文; 模块论文; 计算机论文; 道岔论文; 解锁论文; 信号机论文; 《防护工程》2019年10期论文;